Hvordan jordens vulkaner tilbyder et vindue ind i livets og solsystemets udvikling

Voldelig og ødelæggende, aktive vulkaner bør frygtes og undgås. Endnu, disse geologiske kedler afslører pulsen på mange planeter og måner, giver fingerpeg om, hvordan disse kroppe udviklede sig fra kemiske supper til de komplekse systemer af gasser og sten, vi ser i dag.

At afdække disse spor er det, der motiverer planetforskere fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, at vove sig til ugæstfrie steder på denne planet, som de fleste mennesker forsøger at undgå:ulmende lavamarker og gletsjerdækkede vulkaner.

"Du kan bruge jordvidenskab til at studere vulkaner på denne planet og derefter anvende den viden på Månen, Mars og andre legemer, " sagde Patrick L. Whelley, en Goddard planetarisk geolog. "Plus, vi har ikke den luksus at se vulkanudbrud tæt på andre steder end Jorden."

Hvad der er klart om vulkaner på denne planet er, at Jorden ville have været øde uden dem. Ved at bøvse smeltet sten op på overfladen dybt inde, disse underjordiske ovne hjalp med at bygge Jordens kontinenter. I øvrigt, de frigav gasser, der var med til at danne vores oceaner og vores atmosfære for milliarder af år siden – to funktioner, der gjorde det muligt for livet at trives her. Til denne dag, vulkaner hjælper med at holde jorden varm, våd og beboelig.

Kunne vulkaner have spillet en lignende rolle på andre himmellegemer? Gør de stadig?

Det er nogle af de spørgsmål, Whelley og hans kolleger forsøger at besvare ved at studere sammensætningen og geometrien af ​​Jordens vulkaner og den lava, de udsender. Jo bedre vi forstår Jorden, de ræsonnerer, jo skarpere vil resten af ​​solsystemet komme i fokus.

Der er masser af beviser for, at vulkaner prikker solsystemet. De mørke pletter på månen, hvor vulkaner er inaktive, er lavet af lava, der hærdet for milliarder af år siden. Mars kan prale af solsystemets største (skønt, nu, sandsynligvis inaktive) vulkaner. Merkur er vært for rester af vulkaner, der mistede damp for milliarder af år siden; Venus gør, også, selvom dens vulkaner kunne være aktive i dag.

Nogle vulkaner i solsystemet, udover vores egen, er tydeligvis i udbrud. Jupiters måne, Io, er et vulkansk eventyrland, med hundredvis af aktive faner. Europa, endnu en joviansk måne, ser ud til at have aktive åbninger, der skyder vanddamp gennem sprækker i den isskal, der omslutter månen.

Faktisk, Europa er en spændende sag. Forskere mener, at det er en af ​​de stærkeste kandidater til udenjordisk liv, fordi det rummer et flydende vandhav - eller et smøremiddel til livets mest essentielle processer - der kan være fyldt med svovl og andre elementer, som levende ting har brug for. Europas hav er muligvis op til dobbelt så stort som Jordens i volumen. Forskere håber at studere Europa nærmere i de kommende år ved at sende et rumfartøj, kaldet Europa Clipper, at studere den revnede måne fra Jupiters kredsløb.

Nogle videnskabsmænd håber også at sende en lander til at undersøge isen på Europa på jagt efter kemiske spor, kaldet biosignaturer, der kunne afsløre, om månen kunne huse liv.

Men først, de skal øve sig i at lede efter liv i fjerne og barske egne af Jorden. Goddard-forskere gjorde det denne sommer ved at rejse til et sted i Island, der er det tætteste, vi nogensinde kan komme på Jorden på at kopiere Europa, trekking i miles til en gletsjer-dækket vulkansk region kaldet Vatnajökull.

"Disse typer af iskolde miljøer er sjældne, så de er meget fascinerende, " sagde Dina Bower, en Goddard astrobiolog. Vatnajökull, hun forklarede, giver videnskabsfolk en sjælden mulighed for at observere den kemi, der udfolder sig, når geotermisk varme interagerer med is, som det gør på Europa.

Bower testede en teknik på Island kaldet "Raman -spektroskopi, "ved hjælp af et håndholdt instrument, der ligner en prisscanner til at måle spredning af lys fra is for at lære, hvad overfladen er lavet af. En lignende teknik kan engang hjælpe rumfartøjer i Europa med at identificere kemiske signaturer af liv i isen og havet. For nu kan Bowers Raman-spektrometer fandt lav, som er samfund af svampe og andre mikrober, bor i isen, sandsynligvis aflejret der af vulkansk aske. Hun fandt også forskellige arter af denne hårdføre organisme, der trivedes på lavaen.

Lava er også af interesse for Goddard-forskere, så det hjælper, at Island er et lavaparadis. Ja, øen blev sammensat i de sidste 15 til 20 millioner år af hærdet lava fra vedvarende vulkanudbrud. Dette gør øen til en god proxy for planeter som Mars, også, hvilken, ligesom Island, er dækket af en vulkansk sten kaldet basalt.

På Island, Goddard planetgeologer besøgte også højlandsregionen, nær Vatnajökull, at undersøge en stor, frisk lavafelt kaldet Holuhraun. Lava brød ud fra sprækker i jorden der og flød hen over 85 kvadratkilometer (53 kvadrat miles) i et historisk udbrud mellem 2014 og 2015. Nu, i deres tredje besøg i den største udbrudsåbning i Holuhraun, planetariske geologer forsøgte at dokumentere, hvordan terrænet havde ændret sig siden deres sidste besøg.

"Udluftningen nedbryder stadig på spektakulær vis," sagde Jacob Richardson, en Goddard planetarisk geolog, hentyder til de aktive stenfald ud for udluftningsvæggene. "Denne erosion er et tegn på, at vulkanske ventilationsåbninger tager mere end bare et par år at slå sig ned. Det kan tage årtier."

Whelley, Richardson og deres team målte, hvor meget varme lavaen stadig afgiver, og hvordan den hærdende lava ændrer det lokale landskab, information, der vil give kontekst for fremtidige observationer af eksisterende eller gamle vulkaner på forskellige himmellegemer.

"Vi ser sjældent friske aflejringer overalt i solsystemet; vi ser altid på milliarder år gammel lava, " sagde Whelley. "Men hvis du kan se, hvor meget varme der var i et givet udbrud gennem en planets historie, du kan måske bestemme, hvor hurtigt planeten var ved at slippe af med varme. Det her, på tur, vil fortælle os, hvor længe det producerede vulkanudbrud, der frigav gasser, der opretholdt dens atmosfære, som muliggjorde betingelser for liv på planeten."

Selvom Mars aldrig havde betingelser, der var egnede til liv på dens overflade, trods vulkanudbrud, livet kunne have blomstret nedenunder, NASA-forskere mistænker. Under Mars overflade kunne der være vand, plus beskyttelse mod hård solstråling, og varme fra nærliggende magmakamre, sagde Richardson.

"Hvis du kun ser på overfladeklippen, som vi kan se i dag, du vil miste meget af historien om, hvordan disse planeter udviklede sig, " han sagde.

Det er grunden til, at NASA vil droppe sin InSight-lander på overfladen af ​​Mars den 26. november, 2018 for at lytte efter rystelser på Elysium Planitia, et vulkansk felt, der ligner Holuhraun, at studere planetens skorpe, kappe, og kerne.

I mellemtiden, Goddard-forskere vil fortsætte med at jage efter hemmeligheder om udviklingen af ​​vores hjemmeplanet og dens indbyggere - et ideelt laboratorium til at studere kosmos.